基于云服务的嵌入式智能中药柜的设计与实现_胡智.pdf
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1、基于云服务的嵌入式智能中药柜的设计与实现胡智(湖北工业职业技术学院 智能工程学院,湖北 十堰 442000)摘要:针对传统木制中药柜存在的四个问题,提出并实现了基于云服务的嵌入式智能中药柜。终端硬件上选用国产芯片 ESP8266 为核心,利用语音识别技术实现药材定位,同时采集药材的温度、湿度、重量,通过 WIFI 上报至云平台;软件上采用 MVC 模式,设计开发智能中药管理系统,包含药柜概况、销售分析、消息预警等模块。通过终端硬件和管理软件,实现自动定位、自动计量、自动监测、分析统计等功能。关键词:中药柜;中药管理;物联网;语音识别;ESP8266;传感器中图分类号:TN912;TP23文献标
2、识码:A文章编号:2095-8153(2023)01-0080-05收稿日期:2023-01-17基金项目:2021 年度湖北省教育厅科学研究计划指导性项目“基于云服务的嵌入式智能中药柜”(B2021482)。作者简介:胡智(1987),男,湖北工业职业技术学院智能工程学院讲师,硕士,研究方向:应用电子、物联网应用。0 引言中医药学是中国古代科学的瑰宝,中药材是中医药事业传承和发展的物质基础,调研发现,医院常用中药饮片品种有 400 多种,在中药材销售环节,仍采用传统的木制、钢制中药柜存储,在药品分类、存储、管理方面智能化较低,主要存在药材分类查找难定位、中药储存条件难达标、药柜销售库存难定量
3、、称量药材花费时间长等问题。针对上述问题,本文基于国产 ESP8266 芯片和腾讯云服务器,设计开发了一种智能中药柜,通过终端硬件和管理软件,实现自动定位、自动监测、自动计量、分析统计等功能,从而提升企业对中药材的精细化管理水平,降低药材损耗与维护成本。1 系统总体设计11 系统总体架构物联网的体系结构可以分为感知层、网络层和应用层三个层次1,考虑到系统复杂性,本系统选用具备 WIFI 功能的 ESP8266 芯片作为核心,既满足对感知层传感数据的采集,也实现了对网络层数据的收发。感知层主要由中药柜终端组成,完成药材定位、环境数据采集、柜门控制等工作,并在网络层通过 WIFI 上传至云平台。应
4、用层平台部署在腾讯云服务器,提供终端的数据处理、设备控制、数据分析等工作,用户通过 WEB 进行数据的查询、分析、管理,并接受消息告警,其系统架构如图 1 所示。图 1系统架构082023 年 2 月湖北工业职业技术学院学报Feb,2023第 36 卷第 1 期Journal of Hubei Industrial PolytechnicVol36 No112 系统功能(1)自动定位:通过语音识别模块监听用户语音指令,当识别到药材名称后,向数据库提交查询请求,匹配得到该药材位置后,驱动语音播放模块播报药材储存位置,并利用舵机打开药柜。(2)自动监测:在药柜中安装温湿度传感器,采集药柜的温度、湿
5、度,超过药物存储条件阈值自动报警,避免出现药物因受潮或过热而受损。(3)自动计量:在每个药柜底部安装称重传感器,并在屏幕上实时显示药材重量,协助中药师快速称取所需药材。(4)分析统计:中药柜终端通过 WIFI,将药材销售数据实时提交至云平台,用户可通过 WEB 端进行分析统计,并接收系统各项消息告警。2云服务的嵌入式智能中药柜系统的实现21 系统硬件(1)主控模块通过对系统功能需求进行分析,从复杂性、成本、实 用 性 等 方 面 进 行 考 虑,最 终 选 择 国 产ESP8266 芯片为核心,该芯片集成了一个 TensilicaL106 32 位 MCU,具有超低功耗 16 位精简指令集,时
6、钟频率最高达 160 MHz,支持实时操作系统(TOS)和 WIFI 协议栈,可将高达 80%的处理能力留给应用编程和开发2,从而以最低的成本提供最大的 效 用。其 最 小 系 统 如 图 2 所 示,左 侧ESP826612F 模组内置 4M FLASH,当 GPIO0、EN上拉至 33V,GPIO15 下拉至 GND 时,模组通电后处于工作模式,当按下 QBOOT 按键通电时,GPIO0接地,模组进入下载模式,此时可通过 USB 转 TTL模块对其烧写程序。图 2ESP8266 最小系统(2)语音识别与播放模块语音识别模块采用 LD3320 芯片,该芯片内部具有 AD、DA、MIC 等接口
7、,只需少量外围电路即可实现语音识别处理。LD3320 可以实现非特定人的语音识别,只需录入识别词拼音,而不需要提前录音训练,具有开发简单、处理速度快、识别精度高等特点 3。本系统中语音识别程序烧录在单片机 STC10L08XE 中,该单片机直接控制 LD3320 实现语音识别功能相关工作,语音识别模块如图 3 所示。语音播放模块采用JQ8400 芯片,该芯片集成了一个 16 位的 MCU 和音频解码 ADSP,可直接驱动 3W 扬声器,通过外挂 FLASH芯片,可以满足本系统中音频存储空间要求,语音播放模块如图4 所示。图 3 语音识别模块4 语音播放模块18胡智:基于云服务的嵌入式智能中药柜
8、的设计与实现(3)称重模块称重模块由称重传感器与 A/D 转换器芯片HX711 组成。前者属于电阻应变式压力传感器,紧贴在弹性元件特定表面上,当受到外力后会产生电阻变化,电阻变化经过电路处理后以电压的形式输出,而后者 HX711 则利用内部的 A/D 采集转换,转换成数字信号的称重数据4。HX711 外围电路如图 5 所示,管脚 7、8、9、10 接电阻应变片的通道 A和通道 B 的正负输入端,管脚 15 控制输出数据速率,此处接 0 电阻,控制输出信频率为 10 Hz,管脚 11 和管脚 12 分别为串口时钟输入和串口数据输出,接 ESP8266 的普通 GPIO 即可。图 5HX711 外
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